機械性質測試結果

機械性質的拉伸測試，將針對 E1 與 E2 這兩種擠型比相同但是幾何形狀不 同的試片去做比較，比較室溫的拉伸性質，與從低溫 200

^o

C 到高溫 450

^o

C 之超塑 性行為，其中以每隔 50

^o

C 為一個間隔。

3.2.1 室溫之拉伸性質

E1 與 E2 兩種不同幾何形狀的試片在室溫的工程應力-應變圖，如圖 3-3 所 示。E1 試片的極限抗拉強度(ultimate tensile stress, UTS)高達 338 MPa，降伏強度 達 309 MPa，伸長量有達到 38%，另外 E2 試片的極限抗拉強度與 E1 試片相差 無幾，也能高達 329 MPa，但降伏強度卻只有 268 MPa，與 E1 試片相比差了約 14%，但伸長量卻比 E1 好了點，能達 43%。到底是何原因造成 E1 試片與 E2 試 片再降伏強度與伸長量的差異，這一部分將在 4.1 節部分探討。但不論如何，經 過 100：1 擠型比的材料，不論是在棒材，或者是板材，都均比原始所購的材料 的極限抗拉強度只有 160 MPa，與伸長量只有 9%，明顯地提高了材料的機械性 質，均因熱擠型能有效的使晶粒達到細化所致，詳細差異整理在表 3-1。

3.2.2 200

^o

C 到 450

^o

C 之超塑性行為

表 3-2 列出 E1 與 E2 試片在各種不同溫度與應變速率下的伸長量。不論是 E1 與 E2 試片在 250

^o

C 以上，於 1x10

^-2

s

^-1

應變速率時，均能達到高速超塑性的 要求，尤其以 300

^o

C，在 1x10

^-2

s

^-1

能有更好的超塑性表現，其變形後試片如圖 3-4 與圖 3-5 所示，其中以 E1 在 300

^o

C，1x10

^-2

s

^-1

下，能有 1000%極佳的伸長量。

在 200

^o

C(約 0.51 T

m

)時，E1 與 E2 都能有良好的低溫超塑性，尤其以 E1 在 6x10

^-4

s

^-1

能有 596%的伸長量，如圖 3-6 所示。以本實驗所運用的簡單熱擠型製程，的 確能達到良好的低溫超塑性與高速超塑性行為，值得更進一步探討在各種超塑性 變形過程中的裂孔化情形。

圖 3-7 為 E1 試片在 200

^o

C，300

^o

C 與 400

^o

C 的真實應力與應變圖。從圖 3-7(a) 所示在低溫 200

^o

C，大於 1x10

^-2

s

^-1

的變形，其應力在應變約 0.3 左右達到應變硬 化達到最高應力，而在 1x10

^-1

s

^-1

下，過了最高應力後便急速下降，終至斷裂。

而在 1x10

^-2

s

^-1

下，過了最高應力有一小段應力軟化，而最後應力才急速下降終 至斷裂。在小於 1x10

^-3

s

^-1

的變形下，其應變在變形至降伏點後，應力便緩慢應

變硬化至最高應力，之後應力便又開始應變軟化，而最後當接近斷裂應變便急速 下降。在低溫慢速的超塑變形中，應變速率越慢，其達到最高應力的應變越大。

中溫的 300

^o

C，從高速的 1x10

^-1

s

^-1

到慢速的 1x10

^-3

s

^-1

，其應力應變圖從圖 3-7 的(b)圖可以清楚地看到，其外觀極為相似，都是應變在變形至降伏點後，應 力便應力硬化至最高應力，之後應力便又應變軟化，而最後接近斷裂應變，應力 便急速下降終至斷裂。

高溫的 400

^o

C，在高速的 1x10

^-1

s

^-1

之應力應變圖從圖 3-7 中的(c)圖可以發 覺與低溫 200

^o

C 的 1x10

^-2

s

^-1

之應力應變圖相像，都是應力在應變約 0.3 達到最高 應力後，發生了一小段的應變軟化後，應力便急速下降終至斷裂。總結以上的低 溫 200

^o

C，中溫的 300

^o

C 與高溫的 400

^o

C 應力應變圖可以發現，在低溫 200

^o

C，

應變速率低於 1x10

^-3

s

^-1

，而中溫 300

^o

C，應變速率小於 1x10

^-1

s

^-1

，以及高溫 400

^o

C，

應變速率慢於 1x10

^-2

s

^-1

，其應力應變圖的外形極為相像，顯見其變形是一種速率 控制(rate-controlling)的變形，且隨著不同溫度，其臨界的應變速率也不一樣。

3.2.3 不同應變狀態下之特徵

為了解 AZ31 擠型材在拉伸變形到各種不同應變狀態下之特徵，乃使用經過 100：1 擠型比的板材試片為代表，所以接下來所提到的實驗結果，若無特別說 明都是 E2 試片的實驗結果。

3.2.3.1 低應變速率的變形條件下

在低應變速率部分是以 6x10

^-4

s

^-1

為主，針對低溫 200

^o

C，中溫 300

^o

C，還有 高溫 400

^o

C 三種不同溫度，其真實應力應變圖如圖 3-8 所示，變形至各種不同應

變的試片其相對應的真實應變與試片編號整理在表 3-3。從圖 3-8(a)可以看到在 其應力應變圖的外形與上述所提的 E1 試片的速率控制變形是相似的。其應力在 過了降伏點後便開始緩慢應變硬化，隨著溫度不同其達到最高應力的應變也隨之 不同，在低溫 200

^o

C，變形至應變 0.7 左右達到最大應力約 90 MPa，在中溫 300

^o

C，

變形至應變 1.3 左右才達到最大應力約 25 MPa，而在高溫 400

^o

C，其應力的變化 更是近乎趨近水平，沒有明顯的應變硬化。

3.2.3.2 高應變速率的變形條件下

在高應變速率條部分是以 1x10

^-2

s

^-1

為主，由於 200

^o

C 的拉伸量僅 179%，不 利作分段檢測，故僅針對中溫 300

^o

C 與高溫 400

^o

C 兩種不同溫度，其真實應力應 變圖如圖 3-8(b)圖所示。變形至各種不同應變的試片其相對應的真實應變與試片 編號整理在表 3-3。高應變速率在 300

^o

C 與 400

^o

C 的應力在過了降伏點後便開始 緩慢的應變硬化，隨著溫度不同其達到最高應力也不一樣，在 300

^o

C，變形至應 變約 1 左右達到最高應力 54 MPa，之後便開始應變軟化，而 400

^o

C，變形至應 變約 0.6 左右達到最高應力 35 MPa，以後就開始應變軟化。

3.2.4 塑性異向性(Plastic anisotropy R ratio)

塑性異向性乃是將上述拉伸到不同伸長量的試片，量測其寬度縮減率(R

w

) 與厚度縮減率(R

t

)，來描述試片變形的均勻性，即一般塑性變形文獻定義的塑性 異向性 R 值(R=ε

w

/ε

t

，這裡ε

w

=ln(w

o

/w

f

)，ε

t

=ln(t

o

/t

f

)，而 w

o

與 t

o

為試片起始寬度 與厚度，w

f

與 t

f

為試片拉伸至不同伸長量後的寬度與厚度[50]。一般文獻上記載 具有良好等向變形，其 R 值約在 0.8~1 之間，意味著是等向變形。這在微結構上 而言，表示內部晶粒逐漸轉變成等軸且均勻的。圖 3-9 為上述試片量測結果，從 結果可以發現到在相同 6x10

^-4

s

^-1

下，隨著溫度越高，其 R 值越趨近於 1。200

^o

C

需要變形至可 100%才能勉強達到 0.8，而 300

^o

C 起始的 30%便已經達到 0.8，而 繼續變形至 100%便已經達到 0.9，另外 400

^o

C 只需要變形至 50%便已經趨近於 1。在 1x10

^-2

s

^-1

的高應變速率下，300

^o

C 的 R 值一開始約 0.8 左右，但變形至 150%

後便慢慢趨近於 0.9，而 400

^o

C 的 R 值約 0.9。如果以在相同溫度 300

^o

C 下，不 同應變速率的角度來看 R 值的變化，應變速率越慢其 R 值越接近於 1，如圖 3-9(c) 所示。

3.2.5 不同變形條件下的截面積縮減率

將上述在各種不同變形條件下，變形至不同應變下的試片，量測其標距內 (gage length)的寬、厚度，採每隔 1 mm 量測一次，其結果如圖 3-10 所示。從圖 中可以看到在相同 6x10

^-4

s

^-1

的低應變速率下，在低溫 200

^o

C 變形至 100%左右就 開始產生些許的頸縮現象，在短短 3 mm 距離，其面積就減少 55%，而 300

^o

C 變 形至 500%才產生較明顯的頸縮現象。高溫 400

^o

C 幾乎沒有頸縮現象的發生，而 最後一個變形至 424%的試片在兩端有少許的頸縮現象發生，可能是由於產生太 多與太大的裂孔所導致的應力集中現象。在高速 1x10

^-2

s

^-1

下，300

^o

C 變形至接近 300%才產生明顯的頸縮，而 400

^o

C 變形至接近 200%便已經發生明顯的頸縮，較 300

^o

C 更早發生頸縮現象。總結觀察所得，在低應變速率 6x10

^-4

s

^-1

下，其頸縮隨 著溫度越高越不容易發生頸縮現象；而在高應變速率 1x10

^-2

s

^-1

下，高溫 400

^o

C 較中溫 300

^o

C 更容易發生頸縮現象，可能是高溫後期晶粒成長，使晶粒滑移難以 順暢所致。

在文檔中 鎂合金超塑變形之裂孔成核成長研究 (頁 45-49)